詳解電子墨水屏技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)

　　電子墨水屏技術(shù)，因電子書閱讀器而廣為人知，之后又以手機(jī)和可穿戴設(shè)備上的應(yīng)用引起大家的關(guān)注。這種顯示技術(shù)的原理是什么？相較常見的顯示技術(shù)有何優(yōu)勢又有何缺點(diǎn)？本文將一一道來。

　　YotaPhone 2背面為電子墨水屏

　　華為P8提供E-Ink電子墨水屏后殼

電子墨水技術(shù)的起源［1］

　　20 世紀(jì)70年代，日本首先研究出電泳顯示技術(shù)，然而最初研究出的普通電泳由于存在顯示壽命短、不穩(wěn)定、彩色化困難等諸多缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)曾一度中斷。20世紀(jì)末，美國E-Ink公司利用電泳技術(shù)發(fā)明了電泳油墨（又稱電子墨水），極大地促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展。電子墨水通常會制成薄膜，用于電子顯示屏，尤其用于電子書，如Sony Reader、iLiad、Cybook Gen3、Amazon Kindle、Logic的 eReader和Polymer Vision的Readius設(shè)備。近些年也逐漸在手機(jī)和穿戴設(shè)備上看到。

　　采用電子墨水屏的亞馬遜Kindle電子書閱讀器

　搭載電子墨水屏的索尼SmartBand Talk

電子墨水屏的原理［2］

　　電子墨水屏是由許多電子墨水組成，電子墨水可以看成一個個膠囊的樣子。每一個膠囊（位置6）里面有液體電荷，其中正電荷染白色，負(fù)電荷染黑色。當(dāng)我們在一側(cè)（位置8）給予正負(fù)電壓，帶有電荷的液體就會被分別吸引和排斥。

　　這樣，每一個像素點(diǎn)就可以顯示白色或者黑色了。

　　圖注：1.表面層 2.透明電極（ITO） 3.膠囊 4.帶正點(diǎn)的白色顏料 5.帶負(fù)電的黑色顏料 6.透明分散媒 7.下部電極 8.支持層 9.外光 10.白色 11.黒色

　　因?yàn)殡娮幽乃⑿率遣贿B續(xù)的，每一次刷新完成就可以保持現(xiàn)在的圖形，即使拔掉電池也依舊保存?？赡軙腥藛柕?，拔了電池吸引電子墨水的電壓就木有了，那么小球不就回復(fù)原狀或者進(jìn)入隨機(jī)的混沌狀態(tài)了嗎？

　　答案是因?yàn)殡娮幽哂须p穩(wěn)態(tài)效應(yīng)（磁滯效應(yīng)）。下圖中，橫軸是設(shè)備提供的電壓大小，縱軸灰度（假定正為最白，負(fù)為最黑）。電壓加大的過程和減小的過程，給予同樣的電壓，電子墨水黑白程度是不同的。這樣的效應(yīng)就叫做雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)（磁滯效應(yīng)）。

　　利用這樣的效應(yīng)，我們就可以給一個正電壓（從0到B點(diǎn)過程，走下面上升的路線），吸引負(fù)電荷，顯示正電荷白色給讀者，然后斷電（從B減少到0，走上面那條回來的路線）。白色得以保持。

　　于是，電子墨水的設(shè)備省電就在于如果不需要顯示有所變化，屏幕部分消耗電量為0。

　　注：不變化屏幕設(shè)備自己沒電是由于電路板的待機(jī)消耗以及電池自己的內(nèi)阻消耗

　　注2：其他常見的顯示器無論屏幕內(nèi)容是否變化，屏幕部分的耗電量都是持續(xù)的，變化不大的。
電子墨水屏的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

　　電子墨水屏有易讀性、省電、可彎曲等諸多優(yōu)點(diǎn)，下面主要講講易讀性和省電兩個方面。

　　閱讀體驗(yàn)媲美實(shí)體書

　　我們常常聽說電子墨水屏不傷眼睛。理由是什么呢？

　　首先，電子墨水技術(shù)依賴于反射而不是發(fā)射的光線。采用了電子墨水技術(shù)的顯示屏能像普通紙一樣反射光線，這可確保文字在任何光照條件下（不反光，強(qiáng)光下也可完美顯示）看起來都很自然。

　　電子紙顯示屏與液晶顯示屏對比：

　　其次，無閃爍。傳統(tǒng)液晶顯示屏由于在不斷刷新，所以會有閃爍，盡管肉眼可能無法察覺，但這一現(xiàn)象客觀存在，這也是觀看屏幕導(dǎo)致用眼疲勞的一大主因。

　　而電子墨水屏不是靠不停刷新屏幕的方法來顯示的，一旦屏幕刷新后就不再有變化，所以不存在傳統(tǒng)液晶顯示屏“閃爍”傷眼的問題。

　　另外，電子墨水屏的閱讀視角可接近180°。全視角閱讀能帶來了更好的閱讀體驗(yàn)。

　　功耗低，省電

　　電子墨水屏只有在翻頁等操作時才耗電，不刷新顯示內(nèi)容的時候不耗電。內(nèi)容刷新以后，會長期停留在屏幕上，閱讀的時候電池可以取掉。因此采用這種屏幕的設(shè)備將非常省電，像亞馬遜的Kindle Paperwhite，續(xù)航可達(dá)8周。

　　以上這些優(yōu)點(diǎn)源于電子墨水屏工作原理的先天優(yōu)勢，當(dāng)然，凡事有利有弊。這樣的工作原理也使得它有很多應(yīng)用缺陷。

　　刷新率極低，不足以顯示動態(tài)內(nèi)容

　　由于電子墨水屏的工作原理導(dǎo)致其刷新率極低，無法滿足動態(tài)內(nèi)容的展示。

　　受限電子墨水屏刷新率低的特性，在切換頁面時會有較明顯的延遲。除了閱讀，其他應(yīng)用會非常受限。甚至上網(wǎng)游覽都很雞肋，更不要說刷視頻了。

　　全屏反色刷新在視覺上讓人不爽

　　不少打算購買Kindle的朋友，在體驗(yàn)店操作過后，會因無法忍受翻頁時的“閃屏”問題而猶豫不絕。這里視覺上的“閃屏”是指屏幕的全屏反色刷新。為什么每一次變化（如：翻頁），或者每隔一段時間就需要有一個全部清場的動作呢？這個問題也是由電子墨水屏幕自身原理造成的，我們再來看看剛剛那個圖。

　　電子墨水屏幕為什么經(jīng)常要全屏反色刷新？［2］

　　我們剛假設(shè)電壓從0加大然后再減少到0，但是電子墨水的灰度從位置A變到了位置C。那么如果下一次變化，如果我減少電壓，也就是順著上面那條返回路徑繼續(xù)行走，就沒有問題。但是如果下一次刷新，我還需要這個像素顯示白色，那么這個在C點(diǎn)情況的墨水所遵循的路線就不是這個圖形了。電路所驅(qū)動的電壓對應(yīng)的灰度將會不準(zhǔn)確。導(dǎo)致的結(jié)果就是黑色的墨水黑色程度不相同，白色的墨水有的沒有完全白下去。就會出現(xiàn)我們所說的鬼影，或者殘影。

　　于是，為了避免殘影的出現(xiàn)，就全部加到最大或者最小電壓，把所有的墨水清零，從初始狀態(tài)從新開始調(diào)整，這樣所有的墨水小球就可以保持只有兩種顏色的均勻顯示了。
彩色電子墨水屏的前途如何？［3］

　　彩色電子墨水屏是由3個電子墨水經(jīng)過RBG的濾光片形成3原色的子像素，然后經(jīng)過光的混合，成為1個像素。

　　如圖，3個電子墨水顆粒為一組，通過紅綠藍(lán)三原色不同比例的光混合，可以產(chǎn)生我們需要的特定顏色。這樣的一組顆粒作為顯示器的最小元素認(rèn)為是一個像素點(diǎn)（如圖右側(cè)的點(diǎn)）。

　　這樣的技術(shù)與黑白電子墨水最大的差別在于亮度太低。因?yàn)楝F(xiàn)在需要3個才能組合成1個點(diǎn)，當(dāng)需要顯示為全紅的時候，亮度只有1個像素的33%。而電子墨水又是借助環(huán)境光來顯示的。如此，對環(huán)境光的光亮度要求更高。

　　我們已經(jīng)可以看到一些彩色電子墨水屏幕設(shè)備，比如漢王的電子書、此前高通發(fā)布的智能手表Toq、還有今年剛剛推出的新一代Pebble。

　　E- Ink官方的資料顯示，其璀璨彩色電子紙顯示屏能夠提供4096種色彩，適合需要顯示圖表、圖形、地圖、照片、漫畫和廣告等各種圖像豐富的信息應(yīng)用中。與 E-Ink 的黑白電子紙產(chǎn)品一樣，E-Ink 璀璨彩色電子紙顯示屏提供如紙張般的體驗(yàn)，可呈現(xiàn)清晰文本和精細(xì)彩色圖形，即使陽光直射下也完全可視，更適合具低耗電需求的便攜設(shè)備。

　　圖片色調(diào)看起來比較“小清新”。。。。。。

　　新一代的Pebble配備彩色E-Ink屏

　　結(jié)語

　　因?yàn)槭孢m的閱讀性和低功耗特點(diǎn)，加上Kindle、YotaPhone等的影響力，電子墨水屏已經(jīng)越來越受到大眾的關(guān)注。除了電子閱讀器、手機(jī)第二屏、智能手表這些應(yīng)用外，你認(rèn)為電子墨水屏還能在哪些領(lǐng)域獲得應(yīng)用呢？